人工智能的飛躍式發展使得人類社會對算力的需求呈指數式增長，為計算硬件發展帶來了全新的挑戰與機遇。光具有高并行度、低延遲、低功耗的優勢，意味著其有極大的潛力來幫助加速計算、加速傳輸，從而提升算力，為人工智能算法帶來新的可能性。曦智科技基于大規模光電混合技術的計算新范式，發展出縱向單節點以及橫向多節點的算力提升解決方案。在縱向單節點算力提升方面，曦智科技提出了計算新原理——光子矩陣計算（oMAC）。

算力網絡新范式

矩陣乘法運算是一種線性計算，被廣泛運算于人工智能算法中，在不同算法中占比約60%至90%不等。而光非常適合用于線性計算，它的傳播、干涉等行為可被視為線性運算。例如傳播過程中對光幅度的連續調節可被視為乘法，雙臂干涉[1]可被視為2×2的復數矩陣乘法等。通過堆疊這些基礎的運算單元，我們就可實現大尺寸的光子矩陣乘法器。

在光執行計算的過程中，我們可以對光的某些維度的特征進行處理和編碼，因此光能夠表達個數值。同時，光學器件能夠對光的數值進行調節。比如，光在經過不同介質時，通過控制介質的透射率，可以調節光在這個過程中的衰減或增強，如初始輸入為1，而經過介質時衰減至0.5。通過不同的干涉和調節，光就能夠完成線性計算。

光計算十分高效，計算在光傳播的過程中便能完成，整個過程只需要幾分之一納秒，計算延遲極低，且對矩陣規模的增加不敏感，規模越大光的優勢就越顯著。同時，光執行計算任務的能耗更低。光在執行運算任務時是被動的，這個過程不需要消耗額外的能量，僅僅需要一束光源便可完成整個動作。在運算中，光器件的損耗很低，且不會發熱。

此外，光在并行度方面也具有優勢。光不會互相干擾，多束光能夠在同一條光路里傳輸和計算，光的波分復用[2]技術允許不同的數在同一時刻被編碼在不同的波長上進行矩陣乘運算，因此具有很高的并行度。

曦智科技光子矩陣計算處理器PACE

基于oMAC技術，曦智科技于2021年發布了光子計算處理器PACE (Photonic Arithmetic Computing Engine)，（點擊查看更多）其核心是64×64的光學矩陣乘法器，由一塊集成硅光芯片和一塊CMOS微電子芯片以3D封裝形式堆疊而成。PACE的單個光子芯片中集成超過10000個光子器件，運行1GHz系統時鐘，運行NP完全計算問題的速度與目前高端GPU相比顯著提高，成功驗證了光子計算的優越性。

注釋： [1]雙臂干涉：是一種光學干涉實驗裝置，光源發出的光線被分成兩束，分別經過兩條平行的路徑（即雙臂），然后再次匯聚在一起。當這兩束光線重新合并時，它們可能會處于相位差，導致干涉現象的發生。 [2]波分復用：在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號，通過不同光信道各自傳輸信息的技術，稱之為波分復用技術。

審核編輯：彭菁